JPH11241910A

JPH11241910A - 温度補正機能付き座標測定装置

Info

Publication number: JPH11241910A
Application number: JP4346698A
Authority: JP
Inventors: Juichi Shintani; 寿一新谷; Mutsuto Oe; 睦人大江; Hidenobu Umeda; 英伸梅田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 1999-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】非接触式温度検出手段を用いることにより、
被測定物の任意の位置の温度を短時間で測定する。【解決手段】ＣＰＵ５７は、非接触温度計３による温
度測定の位置、エリアセンサ４６による被測定物１の撮
像の位置を制御し、非接触温度計３からの検出信号に基
づいて、非接触温度計３が対向する位置の温度を測定す
る。また、画像処理ユニット５３からの信号に基づい
て、第１、第２基準位置１１，１２の座標、測定位置と
しての第３特徴形状部１３ａ〜１３ｅの座標を測定す
る。そして、測定中の温度変化に応じて被測定物１の測
定位置の座標を補正し、被測定物１の平均温度と目的温
度の差から、補正された測定位置の座標を目的温度にお
ける座標に換算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置等に
使用されているフォトマスク基板やカラーフィルタ基板
などの基板上の加工パターンなどの特徴形状部の座標の
測定を行う座標測定装置に係り、特に高精度の測定を行
うために雰囲気温度に応じて測定値の補正が可能な温度
補正機能付き座標測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、被測定物の表面に設けられた特徴
形状部分の座標を測定したり、複数の特徴形状部分の座
標を測定してその間の寸法を求める場合には、被測定物
の温度により座標が変化するのを補正するために、被測
定物の温度を測定し、温度測定値により座標測定値を補
正することにより座標測定の精度を向上していた。被測
定物の温度を測定する手段として、特開平３−１００４
１２号公報には、接触式の温度検出期を用いた例が記載
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、接触式の温
度検出器を用いると温度測定に時間を要するため、被測
定物の座標測定に実際に適用するのが困難であった。ま
た、接触式の温度検出器を用いると被測定物の任意の位
置の温度を素速く測定するのが困難である。従って、被
測定物上の複数の特徴形状部分の座標を精度良く測定す
るために、被測定物上の複数の特徴形状部分の温度をそ
れぞれ測定するのが困難で、このため、それぞれの温度
に応じて各座標を補正するのが困難であった。

【０００４】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
被測定物の温度を短時間で測定することにより座標測定
時間を短縮することが可能な温度補正機能付き座標測定
装置を提供することを目的とする。

【０００５】また、本発明は、被測定物の任意の位置の
温度を素速く測定することにより座標測定の精度を向上
することが可能な温度補正機能付き座標測定装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、被測
定物の温度を当該被測定物に対して非接触で検出する非
接触温度検出手段と、上記被測定物を撮像する撮像手段
と、上記撮像手段による撮像結果を用いて上記被測定物
の表面に設けられた少なくとも一つの特徴形状部の座標
を測定する座標測定手段と、検出された上記被測定物の
温度を用いて、測定された上記特徴形状部の座標を補正
する座標補正手段とを備えたことを特徴としている。

【０００７】この構成によれば、非接触温度検出手段に
より被測定物の温度が当該被測定物に対して非接触で検
出され、撮像手段により被測定物が撮像され、その撮像
結果を用いて座標測定手段により被測定物の表面に設け
られた特徴形状部の座標が測定され、測定された特徴形
状部の座標が被測定物の温度を用いて補正されることに
より、被測定物の温度が短時間で検出されることとな
り、座標測定の測定時間が短縮される。

【０００８】また、請求項２の発明は、請求項１記載の
温度補正機能付き座標測定装置において、上記非接触温
度検出手段は、上記撮像手段による被測定物の撮像前に
該被測定物上の複数の位置の温度を検出するとともに、
上記撮像手段による該被測定物の撮像後に上記特徴形状
部の温度を検出するもので、上記座標補正手段は、上記
撮像前に検出した温度の平均値と上記撮像後に検出した
上記特徴形状部の温度との温度差を用いて、上記特徴形
状部の座標を補正するものであることを特徴としてい
る。

【０００９】この構成によれば、撮像手段による被測定
物の撮像前に、被測定物上の複数の位置の温度が検出さ
れ、撮像手段による被測定物の撮像後に、特徴形状部の
温度が検出されて、座標補正手段により、上記撮像前に
検出した温度の平均値と上記撮像後に検出した上記特徴
形状部の温度との温度差を用いて、上記特徴形状部の座
標が補正されることにより、測定動作中における被測定
物の特徴形状部の温度変化に応じて座標の補正が可能に
なり、測定精度が向上することとなる。

【００１０】また、請求項３の発明は、請求項１又は２
記載の温度補正機能付き座標測定装置において、補正さ
れた上記特徴形状部の座標を目的温度における座標に換
算する座標換算手段を備えたことを特徴としている。

【００１１】この構成によれば、補正された特徴形状部
の座標が目的温度における座標に換算されることによ
り、短時間で目的温度における特徴形状部の座標が得ら
れることとなる。

【００１２】また、上記被測定物は、上記特徴形状部と
して、第１特徴形状部、第２特徴形状部及び第３特徴形
状部を有するもので、上記非接触温度検出手段は、上記
第１、第２、第３特徴形状部の撮像前に上記被測定物上
の複数の位置の温度を検出するとともに、上記第１、第
２、第３特徴形状部の撮像後に上記第３特徴形状部の温
度を検出するもので、上記座標補正手段は、上記温度差
が所定レベル以上のときに上記撮像手段により上記第１
特徴形状部及び上記第２特徴形状部を再撮像させ、最初
の撮像時の上記第１特徴形状部と上記第２特徴形状部の
座標間の距離と再撮像時の上記距離との変化量が所定レ
ベル以上のときに、上記温度差を用いて上記第３特徴形
状部の座標を補正するものであるとしてもよい。

【００１３】この構成によれば、撮像前の被測定物の複
数の位置の温度の平均値と撮像後の第３特徴形状部の温
度との温度差が所定レベル以上のときに、第１特徴形状
部及び第２特徴形状部が再撮像される。そして、最初の
撮像時の第１特徴形状部の座標と第２特徴形状部の座標
との間の距離と再撮像時の上記距離との変化量が所定レ
ベル以上のときに、上記温度差を用いて第３特徴形状部
の座標が補正されることにより、測定動作中の温度変化
に応じて座標の補正が可能になり、第３特徴形状部の座
標が精度良く求められることとなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る温度補償機能
付き座標測定装置の一実施形態の構成図、図２は測定台
２に載置された被測定物１を示す図で、（ａ）は平面
図、（ｂ）は正面図、図３は撮像装置４の構成図であ
る。この座標測定装置は、被測定物１の座標を測定する
もので、図１に示すように、測定台２、非接触温度計
３、撮像装置４、制御部５等を備えている。

【００１５】測定台２は、被測定物１を載置するための
矩形の平板で、ステージ６に固定されており、このステ
ージ６は、例えばステッピングモータからなるモータ７
を駆動源として、図２（ａ）中、左右方向及び上下方向
に精度良く移動するように構成されている。

【００１６】また、測定台２は、図２（ａ）中、上辺に
沿って突設された支持片２１，２１と、左辺に沿って突
設された支持片２２，２２とを備え、図２（ａ）（ｂ）
に示すように、支持片２１，２１，２２，２２によっ
て、載置する被測定物１の位置決めが可能になってい
る。

【００１７】そして、この座標測定装置は、座標測定に
おける座標系として、図２（ａ）に示すように、支持片
２１，２１の下端を結ぶ直線と支持片２２，２２の右端
を結ぶ直線との交点Ｏを原点として設定されたＸ，Ｙ座
標系を備えている。

【００１８】被測定物１は、例えば液晶基板で使用され
ているフォトマスク基板、カラーフィルタ基板やＴＦＴ
基板などからなるもので、その表面には、特徴的な形状
を有する特徴形状部が設けられている。この特徴形状部
は、例えば液晶の各画素やアライメントマークなどの加
工パターンである。

【００１９】本実施形態では、被測定物１は、上記特徴
形状部として、図２（ａ）に示すように、第１特徴形状
部１１、第２特徴形状部１２及び第３特徴形状部１３ａ
〜１３ｅを備えている。これらの特徴形状部のうち、第
１特徴形状部１１は、第１基準位置としての機能を有
し、第２特徴形状部１２は、第２基準位置としての機能
を有している。なお、第１特徴形状部（以下「第１基準
位置」という。）１１と第２特徴形状部（以下「第２基
準位置」という。）１２とは、互いに比較的離れた位置
に設定されているのが好ましい。また、第３特徴形状部
１３ａ〜１３ｅは、それぞれ測定位置としての機能を有
している。

【００２０】図１に戻って、非接触温度計３は、ベース
８に固定され、制御部５に電気的に接続されており、例
えばサーモパイルなどの赤外線受光素子３１を備えた放
射温度計であり、温度に比例した電圧信号などの検出信
号を制御部５に出力するものである。

【００２１】撮像装置４は、制御部５に電気的に接続さ
れており、図３に示すように、落射照明系４１、顕微鏡
部４２及びカメラ部４３からなる。

【００２２】落射照明系４１は、図略の光源およびレン
ズ系を備え、顕微鏡部４２に向けて水平方向に光を照射
するものである。顕微鏡部４２は、水平面に対して45°
傾斜して配設されたハーフミラー４４と、ハーフミラー
４４の下方に配設されるとともに、光軸が鉛直方向に配
設された集束レンズ４５とを備えている。

【００２３】カメラ部４３は、エリアセンサ４６を備
え、このエリアセンサ４６は、制御部５に電気的に接続
され、ＣＣＤ等の光電変換素子が縦方向及び横方向に２
次元的に配列されてなり、被測定物１からの反射光によ
る像を撮像する撮像手段としての機能を有する。

【００２４】そして、落射照明系４１から照射された光
がハーフミラー４４で反射され、その反射光により集束
レンズ４５を介して被測定物１が照明され、集束レンズ
４５を通った被測定物１からの反射光がハーフミラー４
４を透過して、エリアセンサ４６に結像し、エリアセン
サ４６の撮像信号が制御部５に送出される。

【００２５】図１に戻って、制御部５は、モータ制御部
５１、インターフェース５２、画像処理ユニット５３、
ＲＯＭ５４、ＲＡＭ５５、表示部５６及びＣＰＵ５７を
備えており、各部５１〜５６は、それぞれＣＰＵ５７に
電気的に接続されている。

【００２６】モータ制御部５１は、モータ７に供給する
駆動パルス信号などの駆動電流を制御するものである。
インターフェース５２は、非接触温度計３からのアナロ
グ値の検出信号をディジタル値に変換してＣＰＵ５７に
送出するものである。画像処理ユニット５３は、エリア
センサ４６からの撮像信号にＡ／Ｄ変換やシェーディン
グ補正その他の画像処理を施してＣＰＵ５７に送出する
ものである。

【００２７】ＲＯＭ５４は、この座標測定装置の制御プ
ログラムを記憶するもので、ＲＡＭ５５は、データなど
を一時的に記憶するものである。表示部５６は、ＬＣＤ
パネルなどからなり、測定結果などを表示するものであ
る。

【００２８】ＣＰＵ５７は、後述する手順に従って被測
定物１の座標測定を行うもので、以下の〜に示す機
能を有する。モータ制御部５１を介してモータ７の動作を制御して
ステージ６の位置制御を行うことにより、非接触温度計
３による被測定物１の温度測定位置、エリアセンサ５７
による被測定物１の撮像位置を制御する機能。

【００２９】画像処理ユニット５３からの信号に基づ
いて、第１、第２基準位置１１，１２の座標、測定位置
としての第３特徴形状部１３ａ〜１３ｅの座標を測定す
る座標測定手段としての機能。

【００３０】測定中の温度変化に応じて被測定物１の
測定位置の座標を補正する座標補正手段としての機能。被測定物１の平均温度と目的温度の差から、補正され
た測定位置の座標を目的温度における座標に換算する座
標換算手段としての機能。測定結果に基づいて表示部５６の表示内容を制御する
機能。

【００３１】次に、図２（ａ）を参照しながら、図４、
図５のフローチャートに従って、この座標測定装置によ
る測定手順について説明する。まず、測定台２の数箇
所、例えば図２（ａ）に示す温度測定位置２３，…の６
箇所の温度を測定し、その平均値Ｔ₁を求める（＃１０
０）。

【００３２】次いで、被測定物１を測定台２にセットし
て（＃１１０）、被測定物１の数箇所、例えば図２
（ａ）に示す温度測定位置１０，…の６箇所の温度を測
定し（＃１２０）、温度測定位置１０，…の温度が均一
か否かを、例えば各温度の最大値と最小値の差が0.2℃
以下であるか否かによって判定する（＃１３０）。

【００３３】そして、均一でなければ（＃１３０でＮ
Ｏ）、所定時間ｔ₁（例えば60秒）待機した後（＃１４
０）、＃１２０に戻り、被測定物１の温度測定位置１
０，…の温度を再測定する。

【００３４】一方、被測定物１の温度が均一になると
（＃１３０でＹＥＳ）、各温度の平均値Ｔ₂を算出し
（＃１５０）、被測定物１と測定台２の温度差ΔＴaを
算出して（＃１６０）、温度差ΔＴaが0.2℃以下か否か
を判定する（＃１７０）。

【００３５】そして、ΔＴa＞0.2℃であれば（＃１７０
でＮＯ）、所定時間ｔ₂（例えば60秒）待機した後（＃
１８０）、＃１２０に戻り、被測定物１の温度測定位置
１０，…の温度を再測定する。

【００３６】一方、ΔＴa≦0.2℃であれば（＃１７０で
ＹＥＳ）、第１基準位置１１の座標及び第２基準位置１
２の座標を測定し（＃１９０）、下記数１により基準位
置間の寸法Ｌ₀を算出する（＃２００）。

【００３７】

【数１】Ｌ₀＝√{(Lx₂−Lx₁)²＋(Ly₂−Ly₁)²} 但し、＃１９０で測定した第１基準位置１１の座標を
（Ｌｘ₁，Ｌｙ₁）とし、第２基準位置１２の座標を（Ｌ
ｘ₂，Ｌｙ₂）とする。

【００３８】次いで、測定位置、例えば第３特徴形状部
１３ａの座標を測定し（＃２１０）、その測定位置の温
度Ｔ_nを測定する（＃２２０）。次いで、温度Ｔ_nと平均
値Ｔ ₂の温度差ΔＴbを求め（＃２３０）、この温度差Δ
Ｔbが0.1℃以下か否かを判定し（＃２４０）、ΔＴb≦
0.1℃であれば（＃２４０でＹＥＳ）、＃３００に進
む。

【００３９】一方、ΔＴb＞0.1℃であれば（＃２４０で
ＮＯ）、第１基準位置１１の座標及び第２基準位置１２
の座標を再測定し（＃２５０）、下記数２により基準位
置間の寸法Ｌ'₀を算出する（＃２６０）。

【００４０】

【数２】Ｌ'₀＝√{(Lx'₂−Lx'₁)²＋(Ly'₂−Ly'₁)²} 但し、＃２５０で再測定した第１基準位置１１の座標を
（Ｌｘ'₁，Ｌｙ'₁）とし、第２基準位置１２の座標を
（Ｌｘ'₂，Ｌｙ'₂）とする。

【００４１】次いで、＃２００で算出した寸法Ｌ₀と＃
２６０で算出した寸法Ｌ'₀の寸法差ΔＬ₀を算出し（＃
２７０）、この寸法差ΔＬ₀が0.2μｍ以下か否かを判定
する（＃２８０）。

【００４２】そして、ΔＬ₀≦0.2μｍであれば（＃２８
０でＹＥＳ）、測定位置の座標の変化量Δｘ_n，Δｙ_nを
０として（＃３００）、＃３１０に進む。

【００４３】一方、ΔＬ₀＞0.2μｍであれば（＃２８０
でＮＯ）、測定位置の座標の変化量Δｘ_n，Δｙ_nを下記
数３により算出する（＃２９０）。

【００４４】

【数３】Δｘ_n＝Ｌｘ_n・ΔＴb・α Δｙ_n＝Ｌｙ_n・ΔＴb・α 但し、＃２１０で測定した測定位置の座標を（Ｌｘ_n，
Ｌｙ_n）とし、被測定物１の熱膨張係数をαとする。

【００４５】次いで、測定位置の座標を、下記数４によ
り被測定物１の平均温度Ｔ₂における座標に補正する
（＃３１０）。

【００４６】

【数４】Ｌｘ'_n＝Ｌｘ_n−Δｘ_n Ｌｙ'_n＝Ｌｙ_n−Δｙ_n 但し、＃２１０で測定した測定位置の座標を（Ｌｘ_n，
Ｌｙ_n）とし、被測定物１の平均温度Ｔ₂における座標を
（Ｌｘ'_n，Ｌｙ'_n）とする。

【００４７】次いで、全測定位置、本実施形態では第３
特徴形状部１３ａ〜１３ｅの測定が終了したか否かが判
別され（＃３２０）、終了していなければ（＃３２０で
ＮＯ）、＃２１０に戻って、＃２１０〜＃３１０のステ
ップが繰り返される。

【００４８】一方、全測定位置の測定が終了すれば（＃
３２０でＹＥＳ）、下記数５により測定位置の座標を目
的温度における座標に換算して（＃３３０）、終了す
る。

【００４９】

【数５】Ｌｘ''_n＝Ｌｘ'_n−Ｌｘ'_n・(Ｔ₂−Ｔｍ)・α Ｌｙ''_n＝Ｌｙ'_n−Ｌｙ'_n・(Ｔ₂−Ｔｍ)・α 但し、目的温度をＴｍとし、換算された目的温度におけ
る座標を（Ｌｘ''_n，Ｌｙ''_n）とする。

【００５０】このように、非接触温度計３を用いるよう
にしたので、任意の位置の温度を短時間で測定すること
ができる。これによって、測定位置である第３特徴形状
部１３ａ〜１３ｅの温度をそれぞれ測定して、測定中の
温度変化に応じて各座標値を補正することができること
となり、目的温度における測定位置の座標を精度よく短
時間で求めることができる。

【００５１】従って、座標測定中における被測定物１の
雰囲気温度を目的温度に制御する必要がない。これによ
って、製造したフォトマスク基板やカラーフィルタ基板
などの基板上の加工パターンの位置や基板の寸法などの
検査を基板の製造ラインに近接して行うことができ、基
板製造の作業性や効率を向上することができる。

【００５２】なお、本発明は、上記実施形態に限られ
ず、以下の変形形態（１）〜（４）を採用することがで
きる。（１）上記実施形態では、非接触温度計３が備える赤外
線受光素子としてサーモパイルを用いているが、これに
限られず、焦電型赤外線センサなどの他の赤外線受光素
子を用いてもよい。

【００５３】（２）種々の材質について複数の熱膨張係
数αをＲＯＭ５４に記憶しておくとともに、ディップス
イッチなどを備え、被測定物１の材質に応じてディップ
スイッチのオンオフを切り替えることによって、演算に
用いる熱膨張係数αの値を変更可能にしてもよい。

【００５４】（３）図５のフローチャートの＃２４０に
おいて、温度差ΔＴbが0.1℃以下かどうかの判定を行っ
ているが、判定レベルはこれに限られず、例えば判定レ
ベルを0.05℃に低下させて測定精度の向上を図るなど、
必要とする測定精度に応じて変更すればよい。

【００５５】（４）図５のフローチャートの＃２８０に
おいて、寸法差ΔＬ₀が0.2μｍ以下かどうかの判定を行
っているが、判定レベルはこれに限られず、例えば判定
レベルを0.1μｍに低下させて測定精度の向上を図るな
ど、必要とする測定精度に応じて変更すればよい。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、非接触温度検出手段により被測定物の温度を当
該被測定物に対して非接触で検出し、撮像手段により被
測定物を撮像し、その撮像結果を用いて座標測定手段に
より被測定物の表面に設けられた特徴形状部の座標を測
定し、測定された特徴形状部の座標を被測定物の温度を
用いて補正するようにしたので、被測定物の温度を短時
間で検出でき、座標測定の測定時間を短縮することがで
きる。

【００５７】また、請求項２の発明によれば、撮像手段
による被測定物の撮像前に、被測定物上の複数の位置の
温度を検出し、撮像手段による被測定物の撮像後に、特
徴形状部の温度を検出して、上記撮像前に検出した温度
の平均値と上記撮像後に検出した上記特徴形状部の温度
との温度差を用いて、上記特徴形状部の座標を補正する
ことにより、測定動作中における被測定物の特徴形状部
の温度変化に応じて座標の補正をすることができ、座標
測定の精度を向上することができる。

【００５８】また、請求項３の発明によれば、補正され
た特徴形状部の座標を目的温度における座標に換算する
ことにより、短時間で目的温度における特徴形状部の座
標を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る温度補償機能付き座標測定装置の
一実施形態の構成図である。

【図２】測定台に載置された被測定物を示す図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図を示している。

【図３】撮像装置の構成図である。

【図４】測定手順を示すフローチャートである。

【図５】測定手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１被測定物２測定台３非接触温度計４撮像装置４６エリアセンサ５制御部５４ＲＯＭ５５ＲＡＭ５７ＣＰＵ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物の温度を当該被測定物に対して
非接触で検出する非接触温度検出手段と、上記被測定物を撮像する撮像手段と、上記撮像手段による撮像結果を用いて上記被測定物の表
面に設けられた少なくとも一つの特徴形状部の座標を測
定する座標測定手段と、検出された上記被測定物の温度を用いて、測定された上
記特徴形状部の座標を補正する座標補正手段とを備えた
ことを特徴とする温度補正機能付き座標測定装置。
【請求項２】請求項１記載の温度補正機能付き座標測
定装置において、上記非接触温度検出手段は、上記撮像手段による被測定
物の撮像前に該被測定物上の複数の位置の温度を検出す
るとともに、上記撮像手段による該被測定物の撮像後に
上記特徴形状部の温度を検出するもので、上記座標補正手段は、上記撮像前に検出した温度の平均
値と上記撮像後に検出した上記特徴形状部の温度との温
度差を用いて、上記特徴形状部の座標を補正するもので
あることを特徴とする温度補正機能付き座標測定装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の温度補正機能付き
座標測定装置において、補正された上記特徴形状部の座
標を目的温度における座標に換算する座標換算手段を備
えたことを特徴とする温度補正機能付き座標測定装置。